CN218777669U - 水下自主对接无线充电平台及水下机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种结构简单、占用空间较小、提高对接精确度和充电效率、提高使用寿命的水下自主对接无线充电平台及水下机器人，其包括平台和固定在平台上的充电装置；所述平台上设有两个平行的轨道槽，且轨道槽的内壁均为斜面；所述充电装置位于两个轨道槽之间，充电装置的充电口处设有密封板且密封板由升降机构控制升降；所述两个轨道槽上方，靠近充电装置段对称设有挡板；所述挡板处均设有锁扣机构，轨道槽中的机器人由挡板和锁扣机构锁定充电。

Description

水下自主对接无线充电平台及水下机器人

技术领域

本实用新型涉及一种水下机器人领域，尤其是一种水下机器人及与其自主对接的无线充电平台。

背景技术

水下机器人也称为无人潜水器，是一种工作于水下的极限作业机器人，常用于勘探、采集、维修、基建、军用与搜救等作业，例如应用于海洋开发的无人水下航行器（即UUV）。水下机器人通常需要在水下长期工作，为此出现了各种水下充电装置，例如CN114347830A，公开了一种多类型UUA对接充电装置，其包括导向机构、V 型夹、水下灯、夹持臂、充电机构、定位模块、水下定位信标、滑块机构、液压缸活塞杆、液压缸体、底座；导向机构由导向板、连接架、摆动液压缸、支撑座组成。该对接充电装置通过调整导向板角度和夹持臂的位置，实现多类型UUV的快速导向和可靠对接，通过调整充电模块的位置实现快速充电，但也存在了几个问题：其一，夹持臂的设计，结构还是比较复杂，占用空间较大，夹持过程中也容易与水下异物发生缠绕，故障率较高，使用寿命较短；其二，机器人和充电模块都要进行调整才能进行充电，对接效率低且一旦发生颠簸，将极大地降低受电效率。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、占用空间较小、提高对接精确度和充电效率、提高使用寿命的水下自主对接无线充电平台及水下机器人。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种水下自主对接无线充电平台，其包括平台和固定在平台上的充电装置；所述平台上设有两个平行的轨道槽，且轨道槽的内壁均为斜面；所述充电装置位于两个轨道槽之间，充电装置的充电口处设有密封板且密封板由升降机构控制升降；所述两个轨道槽上方，靠近充电装置段对称设有挡板；所述挡板处均设有锁扣机构，轨道槽中的机器人由挡板和锁扣机构锁定充电。

优选的，所述充电装置为磁吸式。

优选的，所述锁扣机构为电子锁扣，包括与充电装置信号连通的电机、固定在电机轴上的齿轮、锁定机器人的金属棒，金属棒尾端设有与齿轮啮合的齿条。

优选的，所述锁扣机构包括固定在平台上的壳体、设于壳体内的双轴电机、固定在电机轴上的齿轮；所述挡板活动插设于锁扣机构的壳体中，且挡板尾端底部设有与齿轮啮合的齿形；所述双轴电机与充电装置信号连通。

优选的，所述平台内设有供密封板升降的凹槽；所述升降机构包括推板、U形连杆、联动油缸和升降油缸；所述升降油缸竖直固定在平台内，升降油缸的活塞杆上套有弹簧，且活塞杆伸出端与密封板固定；所述联动油缸水平固定在平台内，联动油缸一端与升降油缸上端连通，联动油缸的活塞杆由另一端伸出；所述U形连杆的一端与联动油缸的活塞杆伸出端固定，另一端与推板固定；所述推板活动设于平台上，机器人抵接推动推板，控制密封板下降缩至平台内。

技术方案2：一种水下机器人，包括机架、固定在机架上的主舱、电池舱、推进器；机架底部设有与技术方案1所述水下自主对接无线充电平台中两个轨道槽适配的两组滑块，且滑块低于轨道槽的挡板；所述电池舱与主舱上下排布设置；所述推进器为六个，其中控制升降的四个推进器均布设于机架四个角处，控制前后和转向的两个推进器对称设于机架两侧。

优选的，所述电池舱设于主舱下方；所述主舱前端为透明钢化玻璃，主舱内设有照明装置、摄像头，主舱后端设有活动端盖。

与现有技术相比本实用新型的有益效果：一是充电装置固定在平台上，充电装置的充电口设有可升降的密封板，充电时由升降机构控制打开密封板，完成充电后再关闭，这样防止异物进入充电口，影响充电装置，有效保护充电装置，提高使用寿命；二是平台上设有两个平行轨道槽，机器人的机架底部设有与轨道槽配合的滑块，当机器人下降到平台轨道槽处时，在斜面内壁轨道槽的作用下自动滑入轨道槽中，机器人则嵌入轨道槽中，避免下落时因外界因素产生颠簸造成偏差，有效提高对接精确度；三是机器人落入轨道槽中后，机器人在机架两侧推进器的作用下被驱动向前，向充电装置滑行，机器人底部的滑块渐渐滑入平台的挡板中，挡板与轨道槽同时限制机器人的上下左右四个空间自由度，机器人继续向充电装置滑行直至与充电装置对接充电，同时通过挡板处的锁扣机构锁定机器人，限制机器人的前后两个空间自由度，至此，机器人被完全锁定，避免充电时机器人发生偏移，保证机器人的充电效率；四是充电装置固定在平台上无需调整，机器人下落到轨道槽中滑向充电装置即可进行充电，结构十分简单，空间占用率较小，且制造成本较低。

进一步的有益效果：一是充电装置采用磁吸式结构，自动吸附上即可进行充电，充电更快速，结构更简单；二是锁扣机构采用电子锁扣，充电装置发送信号到电机，控制电机启动，带动电机轴上的齿轮旋转，在齿轮齿条的作用下，控制金属棒伸出，锁住机器人，电子锁扣的结构简单，与挡板、轨道槽共同限位卡住机器人；三是初始状态的挡板伸出一部分与轨道槽共同限制机器人的四个空间自由度，当锁扣机构的双轴电机接收到充电装置信号后启动，双轴电机的电机轴上齿轮旋转，通过挡板尾端与其啮合的齿形作用，带动挡板进一步向外伸出，卡住机器人，限制机器人的前后移动，如此将挡板设置成锁扣机构的锁舌结构，进一步简化装置结构，减小装置体积和空间占用率；四是升降机构采用联动油缸和升降油缸连通的结构，机器人滑向充电装置时，推动推板前进，由于U形连杆的设置，联动油缸的活塞前进并将联动油缸中的液压油压入升降油缸中，致使升降油缸的活塞向下运动，进而带动活塞杆伸出端的密封板向下运动，打开密封板，充电完成后，机器人退出，升降油缸中的活塞在弹簧的作用下上移恢复，进而带动密封板重新关闭充电口，同时推板恢复初始位置，这样机器人的前进和后退就能控制密封板的打开和关闭，实现自动化启闭充电口，有效保护充电装置的同时，实现自动启闭；五是将机器人的主舱前端设为透明钢化玻璃材质，在主舱内设照明装置和摄像头，在主舱后端设置活动端盖，有效保护主舱内元器件，提高使用寿命；六是电池舱设于主舱下方，更换电池无需拆卸主舱，更换电池更方便快捷，还能减少因为进水而造成主舱内元器件损坏的可能性，提高使用寿命的同时，也更利于后期维护。

附图说明

图1是水下自主对接无线充电平台的立体结构示意图；

图2是水下自主对接无线充电平台的剖视结构示意图；

图3是水下自主对接无线充电平台的另一种剖视结构示意图；

图4 是水下机器人的立体结构示意图；

图5是水下机器人落入平台的轨道槽中的立体结构示意图；

图6是水下机器人对接上平台充电装置进行充电时的立体结构示意图；

图7是水下自主对接无线充电平台另一种实施例的立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案更加清晰，以下结合附图1-7，对本实用新型进行详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本实用新型，并不是为了限定本实用新型的保护范围。

一种水下自主对接无线充电平台，参照附图1、2、3所示，其包括平台1、充电装置2、升降机构4、密封板8、锁扣机构3；所述充电装置2为磁吸式，且固定在平台1上，平台1作为接驳平台可以固定分布在水下的各个位置处，每个平台1上的充电装置2也不限于一个，每个平台1上的充电装置2也可以设为两个或两个以上，磁吸式充电装置为现有技术，即机器人的无线受电端与充电装置的电磁感应充电器对接时，电磁感应充电器内集成了一圈密密麻麻的磁铁阵列，与无线受电端的磁吸配件自动对齐吸附；所述平台1上设有两个平行的轨道槽10，且轨道槽10的内壁均为斜面，本实施例图中的轨道槽10截面为V形，也可以是两侧内壁为斜面的其他类型，例如截面呈两侧槽壁为斜面，底面为平面的轨道槽。

所述充电装置2位于两个轨道槽10之间，充电装置2的充电口20处设有密封板8且密封板8由升降机构4控制升降，即密封板8的升降控制充电口20的开启与关闭；所述平台1内设有供密封板8升降的凹槽，密封板8也可设为上升打开充电口，下降关闭充电口，即无需设置凹槽，本实施方式以平台内设置凹槽为例说明；参照附图3所示，所述升降机构4包括推板6、U形连杆7、联动油缸41和升降油缸40；所述推板6活动设于平台1上；所述升降油缸40竖直固定在平台1内，升降油缸40的升降活塞杆42上套有弹簧43，且升降活塞杆42伸出端与密封板8固定；所述联动油缸41水平固定在平台1内，联动油缸41一端与升降油缸40上端连通，联动油缸41的联动活塞杆由另一端伸出；所述U形连杆7的一端与联动油缸41的联动活塞杆伸出端固定，另一端与推板6固定；机器人抵接推动推板6向前移动，在U形连杆7作用下带动联动油缸41内的联动活塞向前移动，将联动油缸41内的液压油压入升降油缸40中，控制升降油缸40的升降活塞带动升降活塞杆上的密封板8下移，密封板8下降缩至平台1内，实现充电装置2的充电口20开启。

参照附图2所示，所述锁扣机构3为两个，分别设于两个轨道槽10的外侧；所述锁扣机构3包括壳体30、双轴电机31、齿轮32和挡板5；所述壳体30固定在平台1上，双轴电机31固定安装在壳体30内；所述齿轮32为两个，分别对称固定在双轴电机31的两个电机轴上；所述挡板5设于齿轮32上方，且挡板5活动插设于锁扣机构3的壳体30中，即挡板5能够在壳体30内向轨道槽10方向伸出或缩回；所述挡板5底部设有与齿轮32啮合的齿形，初始状态的挡板5伸出端延伸至轨道槽10上方边缘，挡板5完全伸出时卡住机器人；所述双轴电机31与充电装置2信号连通，充电装置与电机的信号连通为现有技术，具体地说，当机器人靠近充电装置，进入了受电区域，机器人的无线受电端与充电装置的电磁感应充电器对接，电磁感应充电器内集成了一圈密密麻麻的磁铁阵列，可以实现与机器人无线受电端其他磁吸配件自动对齐吸附，且内配有高灵敏度的磁力计，当识别到机器人无线受电端接近内置磁力计达到一定数值就表示完成充电对接，此时磁力计立刻产生一个电信号发送到锁扣机构的电机，启动锁扣机构3的双轴电机31，在齿轮32和挡板5底部齿形的作用下控制挡板5伸出牢牢卡住机器人，提高充电效率；所述轨道槽10内壁上还可以设置磁铁9，机器人上设置与其配合吸附的磁铁，更进一步地增加机器人充电时的稳固性。

参照附图7所示，上述锁扣机构3也可以采用另一种实施方式，所述锁扣机构3可设为电子锁扣39；所述电子锁扣39固定在挡板5上；所述挡板5固定在两个轨道槽10上方，且对称设置于靠近充电装置2段；所述电子锁扣39包括与充电装置2信号连通的电机、固定在电机轴上的齿轮、锁定机器人的金属棒，金属棒尾端设有与齿轮啮合的齿条；电机接收信号后启动，在齿轮和与齿轮啮合的齿条作用下，金属棒外移伸出卡住锁定机器人，原理同上，不再赘述。

一种水下机器人，参照附图4，包括机架104、固定在机架104上的主舱101、电池舱102、推进器106；所述机架104下方伸出有四个支腿，机架104底部设有与上述水下自主对接无线充电平台中所述两个轨道槽10适配的两组滑块105，即每个支腿底部均对称设有一个滑块105，滑块105均与平台1上的轨道槽10适配；所述滑块105均低于轨道槽10的挡板5；所述电池舱102与主舱101呈上下排布设置，电池舱102设于主舱101下方；所述主舱101前端为透明钢化玻璃，主舱101内设有照明装置、摄像头，主舱101后端设有活动端盖103；所述推进器106为六个，其中控制升降的四个推进器均布设于机架104四个角处，也可设置在机架104的四个支腿处，另外两个控制前后和转向的推进器对称设于机架104两侧；所述推进器106端部还设有网盖107，避免杂物进入推进器106，提高装置使用寿命。

充电前，参照附图5，当机器人的摄像头捕捉到平台轨道的大致轮廓，通过视觉计算确定平台轨道槽距离自己当前大致位置，控制推进器106运行到轨道槽10上方，然后自上而下落到轨道槽10上，由于轨道槽10斜面内壁的设计，机器人的机架104滑落到轨道槽10中直至卡入轨道槽10底，然后启动两侧的推进器106驱动机器人沿轨道槽10向前滑行，接近受电区域，进入到挡板内后，在挡板5和轨道槽10的作用下，限制了机器人上下左右的四个空间自由度，机器人继续向前滑行，直至与充电口20对接；在机器人向前滑行过程中，机器人的前端机架推动推板向前移动，在联动油缸41和升降油缸40作用下，密封板8下降打开充电口；机器人与充电口对接时，充电装置2发送信号到锁扣机构3的双轴电机31，在齿轮32和啮合的齿形作用下，挡板5继续伸出直至卡住机器人，至此完成自主充电对接，参照附图6；充电完成后，锁扣机构3的电机收到充电装置2发送的信号开始反转，挡板5缩回初始状态，机器人退出，推板6在弹簧43的作用下恢复初始状态。

在本技术方案的描述中，需要说明的是，术语如“上”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术方案的限制。

同时，在本技术方案的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“配合”、应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术方案中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本技术方案的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本技术方案的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本技术方案的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种水下自主对接无线充电平台，包括平台(1)和固定在平台(1)上的充电装置(2)，其特征在于：所述平台(1)上设有两个平行的轨道槽(10)，且轨道槽(10)的内壁均为斜面；所述充电装置(2)位于两个轨道槽(10)之间，充电装置(2)的充电口处设有密封板(8)且密封板(8)由升降机构(4)控制升降；所述两个轨道槽(10)上方，靠近充电装置段对称设有挡板(5)；所述挡板(5)处均设有锁扣机构(3)，轨道槽(10)中的机器人由挡板(5)和锁扣机构(3)锁定充电。

2.根据权利要求1所述的水下自主对接无线充电平台，其特征在于：所述充电装置(2)为磁吸式。

3.根据权利要求1所述的水下自主对接无线充电平台，其特征在于：所述锁扣机构(3)为电子锁扣，包括与充电装置信号连通的电机、固定在电机轴上的齿轮、锁定机器人的金属棒，金属棒尾端设有与齿轮啮合的齿条。

4.根据权利要求1所述的水下自主对接无线充电平台，其特征在于：所述锁扣机构(3)包括固定在平台(1)上的壳体(30)、设于壳体(30)内的双轴电机(31)、固定在电机轴上的齿轮(32)；所述挡板(5)活动插设于锁扣机构(3)的壳体(30)中，且挡板(5)尾端底部设有与齿轮(32)啮合的齿形；所述双轴电机(31)与充电装置(2)信号连通。

5.根据权利要求3或4所述的水下自主对接无线充电平台，其特征在于：所述平台(1)内设有供密封板(8)升降的凹槽；所述升降机构(4)包括推板(6)、U形连杆(7)、联动油缸(41)和升降油缸(40)；所述升降油缸(40)竖直固定在平台(1)内，升降油缸(40)的活塞杆上套有弹簧(43)，且活塞杆伸出端与密封板(8)固定；所述联动油缸(41)水平固定在平台(1)内，联动油缸(41)一端与升降油缸(40)上端连通，联动油缸(41)的活塞杆由另一端伸出；所述U形连杆(7)的一端与联动油缸(41)的活塞杆伸出端固定，另一端与推板(6)固定；所述推板(6)活动设于平台(1)上，机器人抵接推动推板(6)，控制密封板(8)下降缩至平台(1)内。

6.一种水下机器人，包括机架、固定在机架(104)上的主舱(101)、电池舱(102)、推进器(106)，其特征在于：机架(104)底部设有与权利要求1水下自主对接无线充电平台中所述两个轨道槽(10)适配的两组滑块(105)，且滑块(105)低于轨道槽(10)的挡板(5)；所述电池舱(102)与主舱(101)上下排布设置；所述推进器(106)为六个，其中控制升降的四个推进器均布设于机架(104)四个角处，控制前后和转向的两个推进器对称设于机架(104)两侧。

7.根据权利要求6所述的水下机器人，其特征在于：所述电池舱(102)设于主舱(101)下方；所述主舱(101)前端为透明钢化玻璃，主舱(101)内设有照明装置、摄像头，主舱(101)后端设有活动端盖。

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